FI102231B - Symbolitahdistuksen ja näytteenottotaajuuden säätömenetelmä OFDM-modul oituja lähetyksiä vastaanottavassa laitteessa sekä menetelmän toteutta va laite - Google Patents

Description

102231

Symbolitahdistuksen ja näytteenottotaajuuden säätömenetelmä OFDM-modu-loituja lähetyksiä vastaanottavassa laitteessa sekä menetelmän toteuttava laite -Regleringsförfarande for symbolsynkronisering och samplingsfrekvens i en anordning emottagande OFDM-modulerade sändningar och en anordning som 5 forverkligar nämnt forfarande

Keksintö liittyy yleisesti vastaanotto-ominaisuuksien säätöön radiotaajuisia lähetyksiä vastaanottavassa laitteessa ja erityisesti ajoituksen ja näytteistystaajuuden autoit) maattiseen säätämiseen laitteessa, joka vastaanottaa OFDM-moduloitua lähetystä.

Lyhenne OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) tarkoittaa modulaatiomenetelmää, jossa lähettävä laite jakaa ja liittää lähetettävän signaalin useisiin ali-taajuuksiin (engl. subcarrier), jotka sijaitsevat taajuusakselilla tasavälein tietyllä taa-15 juuskaistalla ja jotka lähetetään samanaikaisesti. Tunnettuja radiotaajuisia tiedonsiir tojärjestelmiä, jotka käyttävät OFDM-modulaatiota, ovat DAB- ja DVB-järjestelmät (Digital Audio Broadcasting; Digital Video Broadcasting). Edellinen on pääpiirteissään määritelty Euroopan yleisradiojärjestön (EBU, European Broadcasting Union) ja Eurooppalaisen televiestinnän standardointi-instituutin (ETSI, European 20 Telecommunications Standards Institute) standardissa ETS 300 401 ja jälkimmäinen on pääpiirteissään määritelty samojen järjestöjen standardiluonnoksessa : prETS 300 800. Näissä järjestelmissä digitaalisen lähetettävän signaalin osa, joka on ! jaettu tietylle alitaajuudelle, koodataan vaihe- ja/tai amplitudimuutoksiksi tiettyyn : tunnettuun vaiheeseen nähden. Lähetettävän kokonaissignaalin ajallista jaksoa, ; . ·. 25 jonka aikana moduloiva vaihetila on erikseen vakio kullakin alitaajuudella, nimite- . .·. tään OFDM-symboliksi tai lyhyesti symboliksi.

• · · • t · • · · • · · * * * * Jotta vastaanottava laite osaa tulkita vaihemuutokset eri alitaajuuksilla oikein, lähettimen on sisällytettävä signaaliin tietty vaihereferenssi. DAB-järjestelmässä lähetet- * « · *·]♦* 30 tävä signaali jakaantuu lähetysmoodista riippuen 24:n tai 96:n millisekunnin pitui- : siksi kehyksiksi, joiden alussa (nollasymbolin jälkeen) on vaihereferenssisymboli, : joka välittää vaihereferenssin samanaikaisesti kaikille alitaajuuksille. DVB-järjestel- • f 9 . · · . mässä vaihereferenssi sisältyy ns. pilot-kanaviin, jotka sijaitsevat kussakin symbo-

I 4 I

lissa kahdentoista alitaajuuden välein.

V;·' 35 '...' Onnistunut OFDM-vastaanotto edellyttää, että vastaanotin ylläpitää oikeaa symboli- tahdistusta ja näytteenottotaajuutta. Symbolitahdistus tarkoittaa, että vastaanotin tietää ajallisesti, mistä kukin symboli alkaa, ja ajoittaa symbolien ilmaisun vastaa- 2 102231 vasti. Näytteenottotaajuus tarkoittaa tässä yhteydessä sitä taajuutta, jolla vastaanottimen A/D-muunnin ottaa näytteitä vastaanotetusta analogisesta värähtelystä muun-taakseen signaalin digitaalimuotoon, jolloin A/D-muunnin ja sitä seuraavat piirit voivat tulkita, mitä välitettävän digitaalisen tietovirran bittejä tai bittiyhdistelmiä 5 signaalin vaihemuutokset tarkoittavat. Lisäksi vastaanottimen on ylläpidettävä taa-juussynkronointia eli viritettävä vastaanotto- ja sekoituspiirit siten, että ilmaistava taajuuskaista kattaa kaikki OFDM-signaalin alitaajuudet tarkkuudella, joka on vähemmän kuin puolet kahden vierekkäisen alitaajuuden välisestä erosta. Symboli-tahdistuksen, näytteenottotaajuuden ja taajuussynkronoinnin ylläpito on erityisen 10 vaikeaa, jos lähetin ja vastaanotin liikkuvat toistensa suhteen. Vastaanotin voi olla esimerkiksi autossa, jolloin auton liikkuminen kaupunkiympäristössä muuttaa jatkuvasti radiosignaalin etenemistietä aiheuttaen vaimentumista ja heijastuksia. Vastaavasti lähetin voi sijaita satelliitissa, jolloin sen ja vastaanottimen keskinäinen nopeusero muuttuu satelliitin liikkuessa ja voi olla suurimmillaan useita kilometrejä 15 sekunnissa.

Suomalaisista patenttihakemuksista numero 962138, "Vastaanottimen tahdistuminen joutotilassa", ja 962139, "Signaalin haku eräässä satelliittipuhelinjärjestelmässä", tunnetaan menetelmä symbolitahdistuksen ja taajuussynkronoinnin aikaansaami- 20 seksi ja ylläpitämiseksi radiojärjestelmässä, jossa ei käytetä OFDM-modulaatiota.

Menetelmä perustuu siihen, että vastaanotettava signaali sisältää tietyllä ohjauska- . navalla toisiaan seuraavista biteistä koostuvan synkronointisekvenssin sekä taajuus- , i tieto-osan, joka sisältää lyhyen jakson puhdasta siniaaltoa halutulla taajuudella.

: Synkronointisekvenssi kuuluu osana muuta signaalia suurempitehoiseen purskee- ' ', 25 seen, jolloin vastaanotin saa karkean kehystahdistuksen pelkästään tarkkailemalla • « . suurimpia vastaanotettuja tehopiikkejä. Tarkemmassa tahdistuksessa vastaanotin laskee, miten erilaiset ajoitus virheet vaikuttavat synkronointisekvenssin ilmaisuun, • · · ja päättelee, miten näytteistyksen ajoitusta olisi korjattava, jotta vastaanotettu synkronointisekvenssi vastaisi paremmin sen tunnettua muotoa. Taajuuden hienosäätö *L;‘ 30 tapahtuu laskemalla diskreetti Fourier-muunnos vastaanotetusta taajuustieto-osasta • · · ’·) ' ja virittämällä vastaanotto-ja sekoitustaajuudet siten, että Fourier-muunnoksen an- : tämän taajuusvirhespektrin huippukohta on mahdollisimman lähellä nollaa. Lisäksi vastaanotin tarkkailee, miten ajoitus- ja taajuusparametrit muuttuvat, ja ennustaa niistä tarvittavat korjaukset silloin, kun se on joutotilassa eli vastaanottaa vain het-35 kittäin.

Edellä kuvattu tekniikan tason mukainen menetelmä ei sovellu OFDM-vastaanotti-men tahdistumismenetelmäksi, koska OFDM-moduloitu signaali ei sisällä erillisiä 3 102231 synkronointisekvenssejä tai taajuustieto-osia samalla tavalla kuin mainituissa patenttihakemuksissa kuvatun I-CO Global Communications -järjestelmän ohjauska-navasignaali. Tekniikan tasosta ei tunneta tehokasta menetelmää symbolitahdistuk-sen, näytteenottotaajuuden ja taajuussynkronoinnin ylläpitämiseksi OFDM-vastaan-5 ottimessa.

Tämän keksinnön tavoitteena on esittää menetelmä ja laite symbolitahdistuksen ja näytteenottotaajuuden säätämiseksi OFDM-moduloituja lähetyksiä vastaanottavassa laitteessa. Keksinnön tavoitteena on erityisesti, että sen mukainen menetelmä ei 10 vaadi kohtuuttoman suurta laskentakapasiteettia eikä vaikeasti tuotettavia erikoiskomponentteja, jotta menetelmän toteuttava laite soveltuisi valmistuskustannustensa puolesta laajamittaiseen sarjatuotantoon.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan laskemalla vastaanotetun signaalin muodoltaan 15 tunnettujen osien perusteella radiokanavan hetkellinen impulssivaste ja tarkastelemalla impulssivasteen muutoksia aiempina ajanhetkinä laskettuihin impulssivastei-siin nähden sekä korjaamalla tahdistusta ja näytteenottotaajuutta impulssivasteen muutosten kompensoimiseksi.

20 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että se käsittää vaiheet, joissa : - määritetään sen radiokanavan impulssivaste, jolla vastaanotin vastaanottaa kyseistä OFDM-signaalia, - tutkitaan, mikä on impulssivasteen pituus suhteessa suojavälin pituuteen ja ; ·'; 25 - toisensa poissulkevina vaihtoehtoina : - impulssivasteen ollessa suojaväliä lyhyempi suojaväliaika asetetaan alkavaksi • · · impulssivasteen alussa hetkestä, jolloin impulssivasteen arvo ensimmäisen kerran ylittää tietyn ensimmäisen kynnysarvon tai . . - impulssivasteen ollessa suojaväliä pitempi suojaväliaika asetetaan määritetyn 30 impulssivasteen suhteen siten, että suojavälin ulkopuolelle jäävien impuls- • · · *\ * sivasteen komponenttien itseisarvojen summa on mahdollisimman pieni.

♦ · · • · · ···

Keksintö kohdistuu myös vastaanotinlaitteeseen, jolle on tunnusomaista, että se käsittää .; 35 - välineet radiokanavan hetkellisen impulssivasteen määrittämiseksi, · - välineet radiokanavan hetkellisen impulssivasteen pituuden vertaamiseksi suoja- välin pituuteen, 4 102231 - tahdistettavan A/D-muunnospiirin, jonka toiminta käsittää syklisesti toistuvat suojaväliajan ja informaatioajan, ja - välineet mainitun A/D-muunnospiirin ohjaamiseksi tilaan, jossa toisensa poissulkevina vaihtoehtoina 5 - impulssivasteen ollessa suojaväliä lyhyempi suojaväliaika asetetaan alkavaksi impulssivasteen alussa hetkestä, jolloin impulssivasteen arvo ensimmäisen kerran ylittää tietyn ensimmäisen kynnysarvon tai - impulssivasteen ollessa suojaväliä pitempi suojaväliaika asetetaan määritetyn impulssivasteen suhteen siten, että suojavälin ulkopuolelle jäävien impulssi-10 vasteen komponenttien itseisarvojen summa on mahdollisimman pieni.

Keksintö perustuu OFDM-lähetyksen referenssisignaalin aikatason korrelaatio-ominaisuuksien hyödyntämiseen. DAB-järjestelmässä referenssi signaalilla tarkoitetaan vaihereferenssisymbolia, jonka vastaanotetun muodon ja tunnetun muodon välinen 15 ristikorrelaatio antaa hetkellisen impulssivasteen. DVB-järjestelmässä impulssivaste estimoidaan sirotelluista pilot-aputaajuuksista neljän peräkkäisen symbolin osalta. Tarvittavat muutokset symbolitahdistuksessa ja näytteenottotaajuudessa voidaan päätellä tarkastelemalla, miten impulssivaste muuttuu mittauskerrasta toiseen. Sym-bolitahdistus asetetaan edullisimmin siten, että symboleja erottavan suojavälin (engl. 20 guard interval) alku osuu yksiin impulssivastetta kuvaavan korrelaatiofunktion alkukohdan kanssa. Näytteistystaajuuden virhe näkyy impulssivastetta kuvaavan korrelaatiofunktion maksimikohdan hitaana ja monotonisesti jatkuvana siirtymisenä mit-tauskertojen välillä. Näytteistystaajuuden korjaamisella vastaanotin pyrkii eliminoimaan mainitun muutoksen.

: ·': 25 . Seuraavassa selostetaan keksintöä yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkkinä esitet- ··· . ·: tyihin edullisiin suoritusmuotoihin ja oheisiin kuviin, joissa • · · kuva 1 esittää tietyn signaalin tunnettua näytteistämistä, 30 kuva 2 esittää tunnettua D AB-järjestelmän vaihereferenssisymbolin autokorre- • · · *·] * laatiofunktion itseisarvoa, : kuva 3 esittää tunnettua DVB-järjestelmän pilot-apukantoaalloista määritetyn : * ”: autokorrelaatiofunktion itseisarvoa, kuvat 4a ja 4b esittävät tiettyjä ajoitustilanteita symbolien vastaanotossa, ;';' 35 kuva 5 esittää vuokaaviona keksinnön mukaista menetelmää symbolitahdistuksen ’ · · ’ korjaamiseksi, 5 102231 kuva 6 esittää vuokaaviona keksinnön mukaista menetelmää näytteenottotaajuuden korjaamiseksi ja kuva 7 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaista vastaanotinta.

5 Radiokanavan impulssivasteen määrittäminen vastaanottimessa on sinänsä tunnettua tekniikkaa. Keksinnön kannalta ei itse asiassa ole edes oleellista, miten impulssi-vaste määritetään, mutta riittävien taustatietojen antamiseksi keksinnön ymmärtämistä varten seuraavassa selostetaan tarkemmin impulssivasteen laskemista eräällä esimerkinomaisella tavalla. Esimerkkinä käytetty menetelmä impulssivasteen lasit) kemiseksi perustuu tietyn vastaanotetun signaaliosan ja sen tunnetun muodon ajalliseen ristikorrelaatioon. Kahden signaalin ajallisella ristikorrelaatiolla tarkoitetaan yleisesti sitä, kuinka tarkasti ne antavat samoja arvoja tiettyinä vertailuhetkinä. Korrelaation laskemiseksi voidaan käyttää jotain sinänsä tunnettua algoritmia.

15 Kuva 1 esittää tietyn signaalin tunnettua näytteistämistä ristikorrelaation laskentaa varten. Kuvion vaaka-akseli kuvaa aikaa t ja pystyakseli kuvaa kaavamaisesti signaalin amplitudia A. Käyrä 1 kuvaa tiettyä vastaanotetun signaalin osaa, josta vastaanotin tietää etukäteen, millainen sen tulisi olla. Vastaanottimen A/D-muunnin näytteistää signaalia tasaisin aikavälein, mikä on esitetty kuvassa pystyviivoilla. 20 Ensimmäisen näytesarjan 2 muodostavat ne näytteet, jotka alkavat tietystä ensimmäisestä näytteistyskohdasta 2a ja jakaantuvat tasavälisesti ajalle, joka vastaa tunnetun signaalin ajallista kestoa. Koska vastaanotin ei voi olla varma tunnetun signaalin tarkasta alkukohdasta, se ottaa toisen näytesarjan 3, joka alkaa yhtä näytettä myöhemmin kohdasta 3a ja jatkuu vastaavasti yhden näytteen verran pitemmälle. Kuvas-; ·’: 25 sa on lisäksi esitetty kolmas näytesarja 4, joka alkaa kohdasta 4a. Näytesaqoja voi- ; ;·; daan ottaa niin monta kuin vastaanotin pystyy muistinsa ja prosessointikapasiteet- • · · . ·: ·. tinsa puolesta käsittelemään.

Vastaanottimen tuntema signaalin muoto on tallennettu näytteinä vastaanottimen 30 muistiin. Ristikorrelaation laskemiseksi vastaanotin kertoo muistiin tallennetun ♦ · · * näytejonon ja tietyn näytteistämällä saadun näytesarjan näytteittäin keskenään ja : laskee näytteittäiset tulokset yhteen. Mitä tarkemmin näytesarja vastaa signaalin : ‘: tunnettua muotoa, sitä suurempi on ristikorrelaation arvo. Signaalin autokorrelaatiol- . \ la tarkoitetaan tulosta, jonka ristikorrelaation laskemiseksi käytetty algoritmi antaa, 35 kun signaalia verrataan itseensä. Kuva 2 esittää DAB-järjestelmän vaihereferenssi-• · ·' symbolin autokorrelaatiofunktion itseisarvoa. Vaaka-akselin pisteet vastaavat näyte- sarjojen alkukohtia ja pystyakseli kuvaa funktion numeerista arvoa. Kuviosta näh- 6 102231 dään, että näytesarja, jonka numero on noin 128, antaa ylivoimaisesti suurimman korrelaatioarvon eli se vastaa tarkimmin oikeaa näytteistyksen ajoitusta.

Käytännössä ristikorrelaatioita, joissa käsiteltävänä on useita kymmeniä näytejo-5 noja, ei kannata laskea edellä kuvatulla suoralla menetelmällä vaan siten, että signaali näytteistetään kerran ja näytteiden muodostamalle jonolle tehdään kompleksinen Fourier-muunnos, joka siirtää ongelman aika-avaruudesta taajuusavaruuteen. Vastaanotin kertoo Fourier-muunnoksen antaman kompleksisen taajuusspektrin pisteittäni vertailuspektrillä, joka on signaalin tunnetun muodon taajuusspektrin kom-10 pleksikonjugaatti. Käänteismuuntamalla saatu tulos saadaan suoraan korrelaatio-funktion kuvaaja, joka autokorrelaation tapauksessa on kuvan 2 mukainen.

Kuva 3 esittää DVB-järjestelmän neljästä peräkkäisestä symbolista lasketun auto-korrelaatiofunktion itseisarvoa, jossa tarkasteltavana signaaliosana on symbolien si-15 sältämien pilot-kanavien summa. Kuviossa nähdään kolme peräkkäistä huippua, joiden aikaero on efektiivisen symbolin kolmasosan pituinen (kun neljästä symbolista yhdistetään sirotellut pilot-kanavat, saadaan symboli, josta tunnetaan joka kolmas kantoaalto). Jotta tässä hakemuksessa jäljempänä oleva tarkastelu ja siinä esitetyt algoritmit olisivat samalla tavalla sovellettavissa sekä DAB- että DVB-järjestel-20 mään, DVB-järjestelmässä impulssivasteen kuvaajasta erotetaan tarkasteltavaksi vain tietty korkeinta huippua ympäröivä kaista, joka voidaan ajatella levitettäväksi samalle vaaka-akselin asteikolle kuin kuvan 2 DAB-impulssivasteen kuvaaja.

Seuraavaksi selostetaan sitä, miten radiokanavan ominaisuuksien muuttuminen vai- : · : 25 kutiaa kuvien 2 ja 3 mukaisella tavalla esitettyyn impulssivasteen kuvaajaan. Im- ; pulssivasteen kuvaajan maksimiarvo parasta korrelaatiota edustavassa huippukoh- dassa on periaatteessa riippuvainen signaalitien vaimennuksesta eli mitä enemmän signaali vaimenee matkalla lähettimestä vastaanottimeen, sitä matalammaksi kuvaa- . . jän huippukohta jää. Käytännössä vastaanottimen AGC-piiri (Automatic Gain • · « 30 Control; automaattinen vahvistuksen säätö) tasaa muuttuvan vaimennuksen vaiku- • « · * tusta yksikäsitteisen huippukohdan tapauksessa. Jos signaali etenee lähettimestä vas- : taanottimeen useita rinnakkaisia etenemisteitä pitkin, jotka aiheuttavat erisuuruisen :"': etenemisviiveen, kuvaajassa näkyy yhden piikin asemesta useita lähekkäisiä huippu kohtia. Tällöin niiden suhteellisella korkeudella on merkitystä, sillä korkein piikki 35 vastaa sitä etenemistietä, jolla signaali vaimenee vähemmän kuin muilla etenemisteillä. Jos vastaanottimen käyttämä ajoitus muuttuu eli näytteistyksen aloituskohta siirtyy vastaanotetun signaalin todelliseen sisältöön nähden, parasta korrelaatiota osoittava huippukohta siirtyy vaaka-akselilla oikealle tai vasemmalle.

7 102231 OFDM-moduloidun lähetyksen peräkkäisiä symboleja erottaa ns. suojaväli, jonka sisällön määrittelystä seuraa eräs esillä olevan keksinnön kannalta hyödyllinen ominaisuus: rajapinta suojavälin ja sitä välittömästi seuraavan symbolin välillä ei sisällä vaihehyppäystä millään alitaajuudella. Suojavälin sisältö on siis vaiheinformaatiol-5 taan sama kuin sitä seuraavan symbolin. Kuvat 4a ja 4b esittävät kahta ajoitustilan-netta, jossa tietty informaatiota sisältävä symboliosa S ja sitä välittömästi edeltävä suojaväli Δ saapuvat vastaanottimeen kolmea eri reittiä, joista jokainen aiheuttaa eripituisen viiveen. Kuvassa 4a viiveet ovat lähes samat, jolloin reittejä 9, 10 ja 11 pitkin etenevät symbolikaiut saapuvat vastaanottimeen lähes samanaikaisesti. Ku-10 vassa 4b viiveiden väliset erot ovat huomattavasti suuremmat, jolloin eri teitä saapuvat symbolikaiut ovat varsin eriaikaisia. Jos edellä kuvattua radiokanavan im-pulssivasteen laskentamenetelmää sovelletaan kyseisissä ajoitustilanteissa, kuvan 4a tuottama impulssivasteen kuvaaja on vain hiukan levinnyt, yksihuippuinen piikki, kun taas kuvan 4b tuottamassa impulssivasteen kuvaajassa nähdään selvästi kolme 15 eri piikkiä johtuen siitä, että ristikorrelaatio antaa kohtalaisen hyvän tuloksen kunkin eri aikaan saapuneen symbolikaiun kohdalla.

Keksinnön mukaisen symbolitahdistuksen säätöalgoritmin tärkeimpänä päämääränä on pitää vastaanottimen ajoitusta yllä siten, että impulssivasteen merkittävät kompo- 20 nentit osuvat vastaanottimessa suojaväliksi määritetyn ajanjakson sisälle. Perustelu tälle päämäärälle löytyy tarkastelemalla kuvia 4a ja 4b. Vastaanotin, joka sijoittaa : keksinnön mukaisesti suojavälin alkamaan siitä, kun nopeinta etenemistietä pitkin edennyt symbolikaiku (kuvissa 4a ja 4b etenemistien 9 symboli) aiheuttaa ensim- : : mäisen merkittävän ristikorrelaatiopiikin, alkaa lukea symbolin varsinaista infor-

; 25 maatiosisältöä kohdasta, jossa saman (nopeimman) symbolikaiun informaatio-osa S

: alkaa. Muita etenemisteitä (etenemistiet 10 ja 11) pitkin saapuneissa saman symbo- • » ·

Iin kaiuissa voi tällöin olla vielä suojaväli meneillään. Koska suojavälin vaihesisältö on kuitenkin sama kuin informaatiota sisältävän symboliosan vaihesisältö eikä suo-javälin Aja symboliosan S välillä ole vaihehyppyjä, tällainen ajoitus ei aiheuta vai- • · « M 30 heinformaation ylikuulumista (engl. crosstalk) peräkkäisten symbolien välillä. Jos * vastaanotin ajoittaisi toimintansa niin, että sen käsitys suojavälistä osuisi yksiin esi- ::: merkiksi kulloinkin keskimmäisen vastaanotetun symbolikaiun kanssa (kuvissa 4a ja 4b etenemistietä 10 pitkin saapuneen symbolikaiun kanssa), se ajoittaisi myös sym-. ’. bolin informaatiosisällön lukemisen keskimmäisen kaiun informaatio-osan kohdalle.

:,; 35 Kuvasta 4b nähdään, että tämän ajanjakson loppuosassa nopeinta etenemistietä pit kin saapuu jo seuraavaan symboliin kuuluva suojaväli Δ', jonka vaihesisältö voi olla erilainen, jolloin se aiheuttaa vastaanottimen lukemaan informaatio-osaan virhettä.

8 102231

Systemaattiseksi algoritmiksi muotoiltuna keksinnön mukainen symbolitahdistus-menetelmä on kuvan 5 mukainen. Vaiheessa 12 vastaanotin laskee radiokanavan impulssivasteen esimerkiksi edellä kuvatulla menetelmällä tai jollakin vastaavalla menetelmällä. Vaiheessa 13 se hakee impulssivasteen maksimikohdan ja tallentaa 5 sen sijainnin ja arvon muistiin. Vaiheessa 14 vastaanotin etsii impulssivasteen aikaisimman ja myöhäisimmän merkittävän komponentin lukemalla impulssivasteen kuvaajaa sekä alusta että lopusta keskelle päin. Vastaanotin tallentaa niiden pisteiden sijainnin, joissa impulssivasteen kuvaajan arvo on sekä alusta että lopusta lukien ensimmäisen kerran tietty murto-osa tallennetusta maksimiarvosta. Mainittu murto-10 osa voi olla esimerkiksi 1/8 tai muu kokeilemalla sopivaksi havaittu kynnysarvo.

Vaiheessa 15 vastaanotin suorittaa liukuvan ääriarvojen haun kahden peräkkäisen estimointikierroksen osalta. Tämä tarkoittaa, että se vertaa nyt tallennettua impulssi-vasteen ensimmäisen merkittävän komponentin sijaintia edellisellä estimointikerral-15 la tallennetun vastaavan komponentin sijaintiin ja valitsee impulssivasteen alkukohdaksi aikaisemman näistä kahdesta sijainnista. Vastaavasti vastaanotin vertaa impulssivasteen nyt havaittua loppukohtaa aikaisemman kierroksen loppukohtaan ja valitsee näistä arvoista myöhemmän. Samalla se kuitenkin säästää nyt tallennetut impulssivasteen alku- ja loppukohdan seuraavan kierroksen vertailua varten. Maini-20 tulla liukuvalla ääriarvojen haulla pyritään eliminoimaan äkillisten häiriöiden vaikutusta. Vastaanotin laskee impulssivasteen pituuden vähentämällä loppukohdan sijainnista alkukohdan sijainnin. Tässä oletetaan, että vastaanotin tietää, miten impuls-,. ί' sivasteen kuvaajan vaaka-akselin asteikko vastaa todellista aikaa.

• ·'; 25 Vaihe 17 tulee suoritettavaksi, jos vastaanottimen laskema impulssivasteen pituus : havaitaan päättelyvaiheessa 16 pienemmäksi kuin sen tuntema OFDM-symbolien • · · välisen suojavälin pituus. Vastaanotin valitsee vastaanotetun symbolin tulkinnassa käytettäväksi suojavälin alkukohdaksi edellisessä vaiheessa määrittämänsä impulssi-<Vi vasteen alkukohdan. Jos impulssivasteen pituus on laskennan perusteella suurempi 30 kuin suojavälin pituus, vastaanotin suorittaa vaiheen 18, jossa se asettaa symbolin • · · * tulkinnassa käytettävän suojavälin siten, että sen ulkopuolelle jäävien impulssivas- teen komponenttien itseisarvojen summa on mahdollisimman pieni. Lopuksi vas-taanotin korjaa vaiheen 19 mukaisesti muistissaan olevat impulssivasteen alku- ja .'. loppukohdan estimaatit siten, että ne vastaavat kohdassa 17 tai 18 tehtyä suojavälin 35 paikan korjausta. Tämän jälkeen algoritmi alkaa alusta.

Näytteenottotaajuuden säätämiseksi keksinnön mukainen menetelmä sisältää luokit-teluvaiheen, jossa vastaanotin tutkii, kuinka suuria muutoksia impulssivasteen ajoi- 9 102231 tuksessa on tapahtunut. Suuret muutokset johtuvat radiokanavassa tapahtuneista radikaaleista muutoksista, kuten uusien etenemisteiden syntymisestä tai vanhojen etenemisteiden häviämisestä. Pienet, mutta toistuvat samansuuntaiset muutokset johtuvat siitä, että vastaanottimen näytteenottotaajuus ei ole tarkasti kohdallaan. Jos vas-5 taanottimen näytteenottotaajuus on liian suuri, se ottaa yhtä symbolia vastaavan näytemäärän ajanjaksosta, joka on todellista symbolia lyhyempi. Vastaanotin alkaa ottaa näytteitä seuraavaa symbolia varten liian aikaisin, jolloin impulssivasteen maksimi siirtyy myöhemmäksi. Vastaavasti jos vastaanottimen näytteenottotaajuus on liian pieni, se ei ehdi ottaa yhtä symbolia vastaavaa näytemäärää ennen kuin seuraa-10 va symboli alkaa, jolloin impulssivasteen maksimi siirtyy aikaisemmaksi.

Kuva 6 esittää vuokaaviona algoritmia keksinnön sen osan toteuttamiseksi, joka säätää näytteenottotaajuutta. Vaiheessa 20 vastaanotin etsii impulssivasteen maksimin paikan (tai lukee sen muistista, jos se on tallennettu kuvan 5 vaiheessa 13) ja 15 laskee, kuinka paljon maksimi on siirtynyt edellisen estimointikierroksen maksimiin nähden. Maksimien paikkojen erotus tallennetaan muistiin. Vaiheessa 21 vastaanotin lajittelee yhdeksän peräkkäistä erotusta suuruusjärjestykseen ja valitsee niistä kolme keskimmäistä tarkastelun kohteeksi. Tämä toimenpide on tavallaan alipäästö-suodatus, koska siinä vastaanotin olettaa, että suuruusjärjestyksessä kummankin ää-20 ripään (positiivisen ja negatiivisen suunnan) kolme itseisarvoltaan suurinta erotusta vastaavat edellä mainittuja "suuria muutoksia" eli johtuvat muusta kuin näytteen-: : ottotaajuuden virheestä. Luvut kolme ja yhdeksän on tässä valittu kokeilemalla eikä keksintö varsinaisesti rajoita sitä, miten tarkastelu rajataan koskemaan vain riittävän ’: pieniä muutoksia. Vaiheessa 22 vastaanotin laskee keskiarvon ("ave”) valitsemistaan : 25 erotuksista. Parametrin "ave" suhde aikaeroon kahden impulssivasteen estimointi- • · . hetken välillä antaa suhdeluvun, joka ilmaisee näyteväliin tehtävän koijauksen. Ma- M· temaattisesti ilmaistuna näytevälin pituuteen T tehtävä korjaus AT on muotoa ave AT =-T, *. *. * frame _ l ength «·· V : 30 . jossa parametri frame length on sama kuin aikaero kahden impulssivasteen esti- • · · .···. mointihetken välillä. Sen yksikön on oltava sama kuin parametrin ave yksikkö. Pa rametrit ilmaistaan luonnollisimmin näytevälin monikertoina. Kuvan 6 vaiheessa 23 ' ·' · ’ vastaanotin laskee näytevälin pituuteen tehtävän korjauksen edellä esitettyä kaavaa :: 35 käyttäen. Uusi näytteenottotaajuus on sama kuin uuden näytevälin käänteisluku.

10 102231

Parametrin frame Jength nimi viittaa siihen, että kehyksiin perustuvassa järjestelmässä, kuten DAB:ssa, impulssivasteen estimointi ja sitä seuraava näytteenottotaajuuden korjaus tehdään edullisimmin yhden kehyksen välein, koska jokaisen kehyksen alussa on vaihereferenssisymboli. DVB:n kaltaisissa järjestelmissä, joissa tieto 5 ei kulje kehyksinä, parametrin frame Jength pituus on vapaasti valittavissa ja se voi jopa muuttua vastaanottimen toimintatilan mukaan. Erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti DVB-vastaanotin tutkii, saako se käyttöjännitteensä kiinteästä sähköverkosta vai kannettavasta virtalähteestä. Kiinteä sähköverkko tarkoittaa, että vastaanotin on todennäköisesti paikallaan, jolloin radiokanavan ominaisuudet muuttuvat 10 vain vähän ja impulssivasteen estimointia ei tarvitse tehdä kovin usein. Kannettavalla virtalähteellä varustettu DVB-vastaanotin voi olla liikkeellä, jolloin impulssi-vasteen estimointi ja sitä seuraavat symbolitahdistuksen ja näytteenottotaajuuden-korjaus kannattaa tehdä useammin.

15 DVB:ssä ja muissa järjestelmissä, jotka perustuvat koherenttiin ilmaisuun, symboli-tahdistuksen ja/tai näytteenottotaajuuden korjaus vaikuttaa myös kanavaestimaattiin, joten vastaanottimen on huomioitava ja kompensoitava tämä muutos säätämällä kanavan viritystä. DAB:n kaltaisissa järjestelmissä kunkin kehyksen alussa on vaihereferenssi, jonka jälkeen saman kehyksen ilmaisu tapahtuu differentiaalisena ilmaisu-20 na. Tällainen vastaanottojäijestely huomioi kanavaestimaatin korjauksen automaattisesti, kunhan korjaukset tehdään kehysrajalla.

Kuva 7 esittää kaavamaisesti digitaalista OFDM-vastaanotinta, joka soveltuu keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen. Radiotaajuusosa 24 on sinänsä teknii-; · ’: 25 kan tason mukainen sisältäen signaalin vastaanotto- ja vahvistusosia. A/D-muunnin : 25 muuttaa analogisen signaalin digitaaliseksi ja syöttää sen tulkinta- ja toisto-osaan • · · 26 digitaalimuotoisen tiedon dekoodaamiseksi ja sen välittämän ohjelman toistamiseksi. Impulssivasteen estimointilohko 27 laskee A/D-muuntimen tuottamasta näyte- . . jonosta Fourier-muunnoksen, kertoo sen muistista 29 luetulla tunnetun signaalin * · · 30 Fourier-muunnoksen kompleksikonjugaatilla ja käänteismuuntaa saadun tuloksen, jolloin saadaan impulssivasteen kuvaaja. Paikannuslohko 28 etsii impulssivasteen : maksimikohdan ja alku-ja loppukohdan. Symbolitahdistuslohko 30 estimoi impuls- sivasteen pituuden ja antaa A/D-muuntimelle 25 tiedon suojavälin optimaalisesta Λ sijoituksesta impulssivasteeseen nähden sekä korjaa muistissa olevat impulssivas- :,; 35 teen alku- ja loppukohtaa osoittavat aikaindeksit vastaamaan suojavälin uutta sijoi- " tusta. Näytteenottotaajuuden säätölohko 31 valitsee tietyt impulssivasteen siirty mistä ilmaisevat erotukset perustaksi näytteenottotaajuuden korjaukselle ja antaa korjauskäskyn A/D-muuntimelle 25. Kaikki edellä esitetyt toiminnot ovat edulli- 11 102231 simmin toteutettavissa ohjelmoimalla ne mikroprosessorin suoritettaviksi komennoiksi alan ammattimiehelle sinänsä tutulla tavalla.

Keksintö esittää toimivan ja laskennallisesti suhteellisen kevyen menetelmän sym-5 bolitahdistuksen ja näyttenottotaajuuden säätämiseksi OFDM-vastaanottimessa. Keksinnön mukainen menetelmä on toteutettavissa sinänsä yleisistä komponenteista kootulla vastaanotinlaitteella, joten se soveltuu sarjatuotantoon kulutuselektroniikalta vaadittavalla kustannustasolla.

• « ♦ · ♦ « « · ··· • · · • « · • · ♦ · · « · · • · ··« • « · • ♦ · • · · ♦ · · »·· •««

Claims (9)

102231

1. Menetelmä vastaanottimen tahdistumiseksi radiokanavalla välitettyyn OFDM-signaaliin, joka käsittää peräkkäisiä, suojavälin toisistaan erottamia symboleja, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet, joissa 5. määritetään (12) sen radiokanavan impulssivaste, jolla vastaanotin vastaanottaa kyseistä OFDM-signaalia, - tutkitaan (14), mikä on impulssivasteen pituus suhteessa suojavälin pituuteen ja - toisensa poissulkevina vaihtoehtoina - impulssivasteen ollessa suojaväliä lyhyempi suojaväliaika asetetaan (17) 10 alkavaksi impulssivasteen alussa hetkestä, jolloin impulssivasteen arvo ensim mäisen kerran ylittää tietyn ensimmäisen kynnysarvon tai - impulssivasteen ollessa suojaväliä pitempi suojaväliaika asetetaan (18) määritetyn impulssivasteen suhteen siten, että suojavälin ulkopuolelle jäävien impulssivasteen komponenttien itseisarvojen summa on mahdollisimman pieni. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että impulssivasteen pituuden määrittämiseksi verrataan impulssivasteen kahden peräkkäisen määri-tyskerran antamaa impulssivasteen alku- ja loppukohtaa, jolloin impulssivasteen alkukohdaksi valitaan aikaisempi kahden peräkkäisen määrityskerran antamista alku- 20 kohdista ja impulssivasteen loppukohdaksi valitaan myöhempi kahden peräkkäisen määrityskerran antamista loppukohdista.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä lisäksi mitataan (20) impulssivasteen mittauskertojen välillä tapahtuva impulssivasteen . 25 ajallinen siirtyminen ja korjataan (23) vastaanottimen näytteistystaajuutta mitatun • · · . · j ·, siirtymisen perusteella. « · · . . 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää li- • · « ’·]·’ säksi diskriminointivaiheen (21) itseisarvoltaan suurimpien impulssivasteen siirty- • · · * 30 mien karsimiseksi näytteistystaajuuden korjaamiseen tähtäävästä tarkastelusta. « · · ♦ · · • · ·

4. I

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä tallennetaan tietty ensimmäinen määrä peräkkäisiä mitattuja impulssivasteen siirtymiä, ase-tetaan ne suuruusjärjestykseen ja valitaan suuruusjärjestyksen keskeltä tietty toinen ' · · ·' 35 määrä siirtymiä näytteistystaajuuden korjaamiseksi. 102231

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ensimmäinen määrä on yhdeksän ja mainittu toinen määrä on kolme.

7. Vastaanotin digitaalisen OFDM-moduloidun lähetyksen, joka koostuu symbo-5 leista, jotka on erotettu toisistaan suojavälein, vastaanottamiseksi radiokanavalla, jolla on tietty muuttuva impulssivaste, tunnettu siitä, että se käsittää - välineet (27) radiokanavan hetkellisen impulssivasteen määrittämiseksi, - välineet (27) radiokanavan hetkellisen impulssivasteen pituuden vertaamiseksi suojavälin pituuteen, 10. tahdistettavan A/D-muunnospiirin (25), jonka toiminta käsittää syklisesti toistuvat suojaväliajan ja informaatioajan, ja - välineet (30) mainitun A/D-muunnospiirin ohjaamiseksi tilaan, jossa toisensa poissulkevina vaihtoehtoina - impulssivasteen ollessa suojaväliä lyhyempi suojaväliaika asetetaan (17) 15 alkavaksi impulssivasteen alussa hetkestä, jolloin impulssivasteen arvo ensim mäisen kerran ylittää tietyn ensimmäisen kynnysarvon tai - impulssivasteen ollessa suojaväliä pitempi suojaväliaika asetetaan (18) määritetyn impulssivasteen suhteen siten, että suojavälin ulkopuolelle jäävien impulssivasteen komponenttien itseisarvojen summa on mahdollisimman pieni. 20

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi välineet (31) impulssivasteen määrityskertojen välillä tapahtuvan impulssivasteen ajallisen siirtymisen määrittämiseksi. • : 25

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että se käsittää . välineet (31) mainitun A/D-muunnospiirin käyttämän näytteistystaajuuden muutta- ,···. miseksi määritetyn impulssivasteen ajallisen siirtymisen perusteella. • » · « · • · ··· ««· • · · « | ( 14 102231